特許 7562033 鍛造成形装置及び鍛造成形方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-26

(45)【発行日】2024-10-04

(54)【発明の名称】鍛造成形装置及び鍛造成形方法

(51)【国際特許分類】

   B21J 5/12 20060101AFI20240927BHJP

   B21K 1/30 20060101ALI20240927BHJP

【ＦＩ】

B21J5/12 A

B21K1/30 B

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2024055745

(22)【出願日】2024-03-29

【審査請求日】2024-04-03

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000207816

【氏名又は名称】大豊精機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000969

【氏名又は名称】弁理士法人中部国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 敏孝

(72)【発明者】

【氏名】築山 悦久

【審査官】豊島 唯

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５５－５７３４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－００９０６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第３９０６９９８（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開平１１－１３８２３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１２６２３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０３８０３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２１Ｊ ５／１２

Ｂ２１Ｋ １／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

素材に鍛造成形を施す成形ダイと、
前記素材を成形方向にて前方に配置された前記成形ダイに向けて押し込むパンチと、を備え、
前記成形ダイが、
前記鍛造成形後の外径寸法よりも小さな外径寸法の前記素材に対し、前記鍛造成形に伴って前記素材に生じる材料流動のうち前記成形方向に直交する方向に沿った分流によって前記素材の外面を成形するものであり、
前記素材から中間形状を有する中間成形物を成形する第一成形ダイと、
前記中間成形物から前記中間形状の外径寸法よりも小さな外径寸法の最終形状を有する最終成形物を成形する第二成形ダイと、を含む、鍛造成形装置。

【請求項2】

前記第一成形ダイが、
前記素材に対して前記中間形状を成形する成形対象部分において前記成形方向に直交する方向に沿った前記素材の断面積に対する前記中間成形物の断面積の比を表す第一断面減少率が１０％から４０％となるように、前記素材に対して前記中間形状を成形し、
前記第二成形ダイが、
前記中間成形物に対して前記最終形状を成形する成形対象部分において前記成形方向に直交する方向に沿った前記中間成形物の断面積に対する前記最終成形物の断面積の比を表す第二断面減少率が１０％から４０％となるように、前記中間成形物に対して前記最終形状を成形する、請求項１に記載の鍛造成形装置。

【請求項3】

前記第一断面減少率が、
前記第二断面減少率よりも小さく設定された、請求項２に記載の鍛造成形装置。

【請求項4】

前記第一成形ダイが、
前記最終成形物の外径寸法よりも大きな外径寸法を有するように前記素材に前記中間形状を成形し、
前記第二成形ダイが、
前記中間成形物の前記中間形状に対して絞り加工を施して前記最終形状を成形する、請求項１に記載の鍛造成形装置。

【請求項5】

前記第一成形ダイと前記第二成形ダイとが、
前記成形方向に沿って直列に配置された、請求項１に記載の鍛造成形装置。

【請求項6】

前記成形方向にて後方に前記第一成形ダイが配置され、
前記成形方向にて前方に前記第二成形ダイが配置された、請求項５に記載の鍛造成形装置。

【請求項7】

前記第一成形ダイと前記第二成形ダイとが、
前記成形方向における前記中間成形物の大きさよりも長く離間するように配置された、請求項５に記載の鍛造成形装置。

【請求項8】

前記第一成形ダイが、
前記パンチによって押し込まれる前記素材を案内するガイド部と、
前記ガイド部によって案内された前記素材に前記鍛造成形を施す成形空間と、を有し、
前記第二成形ダイが、
前記パンチによって押し込まれる前記中間成形物を案内するガイド部と、
前記ガイド部によって案内された前記中間成形物に前記鍛造成形を施す成形空間と、を有する、請求項１に記載の鍛造成形装置。

【請求項9】

前記第二成形ダイの前記ガイド部の内径寸法のうちの少なくとも一部が、
前記第一成形ダイの前記成形空間に設定された内径寸法を有する、請求項８に記載の鍛造成形装置。

【請求項10】

前記中間成形物の前記中間形状及び前記最終成形物の前記最終形状が、
歯車形状であり、
前記歯車形状における周方向の歯幅に関して前記中間形状が前記最終形状よりも大きく、
前記歯車形状における径方向の歯高に関して前記中間形状が前記最終形状よりも大きい、請求項１に記載の鍛造成形装置。

【請求項11】

素材に鍛造成形を施す成形ダイと、
前記素材を成形方向にて前方に配置された前記成形ダイに向けて押し込むパンチと、を備え、
前記成形ダイが、
前記鍛造成形後の外形寸法よりも小さな外形寸法の前記素材に対し、前記鍛造成形に伴って前記素材に生じる材料流動のうち前記成形方向に直交する方向に沿った分流によって前記素材の外面を成形するものであり、
前記素材から中間形状を有する中間成形物を成形する第一成形ダイと、
前記中間成形物から前記中間形状の外形寸法よりも小さな外形寸法の最終形状を有する最終成形物を成形する第二成形ダイと、を含み、
前記第一成形ダイが、
前記素材に対して前記中間形状を成形する成形対象部分において前記成形方向に直交する方向に沿った前記素材の断面積に対する前記中間成形物の断面積の比を表す第一断面減少率が１０％から４０％となるように、前記素材に対して前記中間形状を成形し、
前記第二成形ダイが、
前記中間成形物に対して前記最終形状を成形する成形対象部分において前記成形方向に直交する方向に沿った前記中間成形物の断面積に対する前記最終成形物の断面積の比を表す第二断面減少率が１０％から４０％となるように、前記中間成形物に対して前記最終形状を成形する、鍛造成形装置。

【請求項12】

前記第一断面減少率が、
前記第二断面減少率よりも小さく設定された、請求項１１に記載の鍛造成形装置。

【請求項13】

前記第一成形ダイが、
前記最終成形物の外形寸法よりも大きな外形寸法を有するように前記素材に前記中間形状を成形し、
前記第二成形ダイが、
前記中間成形物の前記中間形状に対して絞り加工を施して前記最終形状を成形する、請求項１１に記載の鍛造成形装置。

【請求項14】

前記第一成形ダイと前記第二成形ダイとが、
前記成形方向に沿って直列に配置された、請求項１１に記載の鍛造成形装置。

【請求項15】

前記成形方向にて後方に前記第一成形ダイが配置され、
前記成形方向にて前方に前記第二成形ダイが配置された、請求項１４に記載の鍛造成形装置。

【請求項16】

前記第一成形ダイと前記第二成形ダイとが、
前記成形方向における前記中間成形物の大きさよりも長く離間するように配置された、請求項１４に記載の鍛造成形装置。

【請求項17】

前記第一成形ダイが、
前記パンチによって押し込まれる前記素材を案内するガイド部と、
前記ガイド部によって案内された前記素材に前記鍛造成形を施す成形空間と、を有し、
前記第二成形ダイが、
前記パンチによって押し込まれる前記中間成形物を案内するガイド部と、
前記ガイド部によって案内された前記中間成形物に前記鍛造成形を施す成形空間と、を有する、請求項１１に記載の鍛造成形装置。

【請求項18】

前記第二成形ダイの前記ガイド部の内形寸法のうちの少なくとも一部が、
前記第一成形ダイの前記成形空間に設定された内形寸法を有する、請求項１７に記載の鍛造成形装置。

【請求項19】

前記中間成形物の前記中間形状及び前記最終成形物の前記最終形状が、
歯車形状であり、
前記歯車形状における周方向の歯幅に関して前記中間形状が前記最終形状よりも大きく、
前記歯車形状における径方向の歯高に関して前記中間形状が前記最終形状よりも大きい、請求項１１に記載の鍛造成形装置。

【請求項20】

請求項１－１９の何れか一項に記載の前記鍛造成形装置を用いて前記素材に前記鍛造成形を施す鍛造成形方法であって、
前記第一成形ダイを用いて前記素材に鍛造成形を施すことによって前記素材から前記中間成形物を成形する第一鍛造成形工程と、
前記第二成形ダイを用いて前記中間成形物に鍛造成形を施すことによって前記中間成形物から前記最終成形物を成形する第二鍛造成形工程と、を備えた、鍛造成形方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鍛造成形装置及び鍛造成形方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、例えば、特許文献１に開示された鍛造成形方法及び鍛造成形装置（以下、「鍛造成形方法等」と称呼する。）が知られている。従来の鍛造成形方法等は、一つの鍛造成形工程において、成形ダイの成形空間に押し込まれる前の素材の外径を拘束して成形空間に素材を押し込んで鍛造成形を施すようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－３８０３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の鍛造成形方法等においては、一つの鍛造成形工程において、外径を拘束した素材に鍛造成形を施して製品を成形する。この場合、成形ダイに押し込まれる前の素材の外径を拘束することによって、成形空間の内部において素材が据え込まれることを抑制して鍛造成形が施されるようになっている。

【0005】

しかしながら、一つの鍛造成形工程を経ることのみで製品の形状を成形する場合には、鍛造成形によって生じさせる材料流動が多く、即ち、成形量が多くなるため、成形荷重を低減させることには限度がある。その結果、鍛造成形に伴って成形ダイに負荷がかかり、型寿命が短くなる虞がある。従って、従来の鍛造成形方法等については、型寿命を延ばす点で、改良の余地がある。

【0006】

本発明の目的は、成形ダイの型寿命を延ばすことができる鍛造成形装置及び鍛造成形方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の鍛造成形装置は、素材に鍛造成形を施す成形ダイと、素材を成形方向にて前方に配置された成形ダイに向けて押し込むパンチと、を備え、成形ダイが、鍛造成形後の外径寸法よりも小さな外径寸法の素材に対し、鍛造成形に伴って素材に生じる材料流動のうち成形方向に直交する方向に沿った分流によって素材の外面を成形するものであり、素材から中間形状を有する中間成形物を成形する第一成形ダイと、中間成形物から中間形状の外径寸法よりも小さな外径寸法の最終形状を有する最終成形物を成形する第二成形ダイと、を含む。

【0008】

又、本発明の鍛造成形方法は、上記した鍛造成形装置を用いて、第一成形ダイを用いて素材に鍛造成形を施すことによって素材から中間成形物を成形する第一鍛造成形工程と、第二成形ダイを用いて中間成形物に鍛造成形を施すことによって中間成形物から最終成形物を成形する第二鍛造成形工程と、を備える。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、第一鍛造成形工程において第一成形ダイを用いて成形後の中間成形物や最終成形物よりも外形寸法の小さい素材から中間形状を有する中間成形物を成形し、第二鍛造成形工程において第二成形ダイを用いて中間成形物から最終形状を有する最終成形物を成形することができる。これにより、一工程当たりの材料流動を少なく、即ち、成形量を少なくすることにより、成形荷重を低減することができ、その結果、鍛造成形に伴うダイへの負荷を低減して型寿命を延ばすことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】鍛造成形装置を説明するための図である。

【図2】中間成形物を説明するための図である。

【図3】最終成形物（製品）を説明するための図である。

【図4】断面減少率を説明するための図である。

【図5】断面減少率の上下限を外れた場合の成形可否を説明するための図である。

【図6】第一実施例の第一鍛造成形工程を実施する鍛造成形装置を説明するための図である。

【図7】第一実施例の第二鍛造成形工程を実施する鍛造成形装置を説明するための図である。

【図8】第一実施例の素材を説明するための図である。

【図9】第一実施例の第一成形ダイを説明するための断面図である。

【図10】第一実施例の第二成形ダイを説明するための断面図である。

【図11】第一実施例の中間成形物を説明するための図である。

【図12】第一実施例の最終成形物（製品）を説明するための図である。

【図13】第一実施例の変形例に係る第二成形ダイを説明するための断面図である。

【図14】第一実施例の変形例に係る最終成形物（製品）を説明するための図である。

【図15】第二実施例の第一鍛造成形工程及び第二鍛造成形工程を実施する鍛造成形装置を説明するための図である。

【図16】第二実施例の素材を説明するための図である。

【図17】第二実施例の第一成形ダイを説明するための断面図である。

【図18】第二実施例の第二成形ダイを説明するための断面図である。

【図19】第二実施例の中間成形物を説明するための図である。

【図20】第二実施例の最終成形物（製品）を説明するための図である。

【図21】第二実施例の変形例に係る素材を説明するための図である。

【図22】第二実施例の変形例に係る中間成形物及び最終成形物（製品）の外形形状を説明するための図である。

【図23】第二実施例の変形例に係る第一鍛造成形工程及び第二鍛造成形工程を実施する鍛造成形装置を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

１．本発明の鍛造成形装置Ｋによる鍛造成形の概要
本発明の鍛造成形装置Ｋによる鍛造成形の概要について図面を参照して説明する。鍛造成形装置Ｋは、図１に示すように、製品Ｗの外形寸法よりも小さい外形寸法を有する素材Ｍに対して、外形を拘束することなく、鍛造成形を施す。即ち、鍛造成形装置Ｋは、パンチＰと、成形空間を有する成形ダイＳと、を備えており、パンチＰが外形を拘束することなく素材Ｍを成形ダイＳの成形空間に押し込むことにより、素材Ｍにおいて軸線方向に直交する方向（外方）に向けた材料流動を生じさせて、外面に鍛造成形、特に、絞りを含む冷間鍛造成形を施す。ここで、素材Ｍ及び製品Ｗの形状としては、素材Ｍ及び製品Ｗの軸線方向に直交する断面形状が、例えば、円板状、円環形状、多角形状等を例示することができる。又、製品Ｗとしては、歯車、スプライン軸、キー溝、キー等を例示することができる。更に、「外形寸法」としては、素材Ｍ及び製品Ｗの断面形状が円形状や円環形状の場合には「外径寸法」が対応し、素材Ｍ及び製品Ｗの断面形状が多角形状の場合には「幅寸法」が対応する。

【0012】

ところで、鍛造成形装置Ｋによる鍛造成形に供される素材Ｍにおいては、成形ダイＳの成形空間に押し込まれることによって軸線方向及び外方への材料流動、所謂、分流が生じ、断面形状における断面積を減少させながら外面が成形される。つまり、鍛造成形の前後においては、素材Ｍは、軸線方向に沿って全長の伸びが生じると共に外方に向けた広がりが生じる。

【0013】

一般に、成形前の素材Ｍの外形寸法が成形後の製品Ｗの外形寸法に対して大きい程、鍛造成形時の断面減少率は大きくなる。つまり、断面減少率は、下記の式に示すように成形前の断面積に対する成形後の断面積の比を表し、絞りを伴う鍛造成形を行う際の変形の難しさ（断面減少率が大きいほど、変形が難しい）を示している。
断面減少率＝｛１－（成形後の断面積／成形前の断面積）｝×１００［％］

【0014】

又、鍛造成形の前後においては、体積一定の原理が成立する。これにより、上述した素材Ｍにおける全長の伸び量及び外方に向けた広がり量、即ち、鍛造成形による成形量は、断面減少率が大きい程大きくなる。換言すれば、断面減少率が大きい程、外方に向けた広がり量が大きくなり、素材Ｍの外面（外周面）における成形形状、つまり、成形ダイＳの成形空間の転写形状であって所謂肉張りが良好になる傾向がある。

【0015】

しかしながら、断面減少率を大きくすれば、素材Ｍにおける鍛造成形に伴う材料の総移動量が増え、又、成形空間内への据え込みが生じる場合があり、その結果、鍛造成形における成形荷重が大きくなる。そして、成形荷重が大きい場合、成形ダイＳには、成形荷重に対する反力が大きく作用するため、型寿命が短くなる。

【0016】

そこで、鍛造成形装置Ｋは、第一鍛造成形工程及び第二鍛造成形工程を経て、製品Ｗの外形寸法よりも小さい外形寸法を有する素材Ｍに鍛造成形（冷間鍛造成形）を施す。つまり、鍛造成形装置Ｋは、第一鍛造成形工程として、図２に示すように、素材Ｍの外周面に、製品Ｗの最終形状に対して相似形状である中間形状を有する中間成形物Ｆｉを成形する。続いて、鍛造成形装置Ｋは、第二鍛造成形工程として、図３に示すように、第一鍛造成形工程において成形した中間成形物Ｆｉに冷間鍛造成形として絞り加工を施して最終形状を有する最終成形物Ｆｆを成形する。即ち、鍛造成形装置Ｋは、第一鍛造成形工程及び第二鍛造成形工程を経ることにより、各々の工程にて最終形状を成形するまでの成形量を分配する。

【0017】

これにより、鍛造成形装置Ｋにおいては、例えば、一つの鍛造成形工程を経て素材Ｍから製品Ｗを成形する場合に生じる成形荷重に比べて、各々の工程において生じる成形荷重を小さくすることができ、その結果、総成形荷重も小さくすることができる。即ち、鍛造成形装置Ｋにおいては、各々の工程における断面減少率を相対的に小さくすることができる一方で、第一鍛造成形工程において成形した中間成形物Ｆｉに対して第二鍛造成形工程において絞り加工を施すことで肉張りの良好な最終成形物Ｆｆ即ち製品Ｗを成形することができる。

【0018】

尚、中間成形物Ｆｉの中間形状及び最終成形物Ｆｆの最終形状が歯車形状である場合、歯車形状における周方向の歯幅に関しては、図４にて一点鎖線により示す中間成形物Ｆｉの中間形状が実線により示す最終成形物Ｆｆの最終形状よりも大きい。又、中間成形物Ｆｉの中間形状及び最終成形物Ｆｆの最終形状が歯車形状である場合、歯車形状における径方向の歯高に関しては、図４にて一点鎖線により示す中間成形物Ｆｉの中間形状が実線により示す最終成形物Ｆｆの最終形状よりも大きい。従って、第一鍛造成形工程において成形した中間成形物Ｆｉに対して第二鍛造成形工程において絞り加工を施すことで肉張りの良好な最終成形物Ｆｆ即ち製品Ｗを成形することができる。

【0019】

ここで、鍛造成形装置Ｋは、第一鍛造成形工程及び第二鍛造成形工程における各々の成形荷重を低減することが可能となるように、工程ごとに異なる成形ダイＳを用いる。具体的に、鍛造成形装置Ｋは、図１に示すように、成形ダイＳとして、第一鍛造成形工程において用いる第一成形ダイＳ１と、第二鍛造成形工程において用いる第二成形ダイＳ２と、を有する。

【0020】

そして、鍛造成形装置Ｋにおいては、第一成形ダイＳ１及び第二成形ダイＳ２を用いて鍛造成形する場合、図４にてドットの塗りつぶしによって示すように、素材Ｍの加工対象部分ＭＡにおける第一断面減少率及び中間成形物Ｆｉの加工対象部分ＭＢにおける第二断面減少率が、各々、１０％から４０％となるように設定される。つまり、鍛造成形装置Ｋは、素材Ｍの加工対象部分ＭＡにおける第一断面減少率及び中間成形物Ｆｉの加工対象部分ＭＢにおける第二断面減少率が各々１０％から４０％となるように、第一成形ダイＳ１及び第二成形ダイＳ２の成形空間における内形寸法が設定される。尚、「内形寸法」としては、素材Ｍ及び中間成形物Ｆｉの断面形状が円形状又は円環状である場合には「内径寸法」が対応し、素材Ｍ及び中間成形物Ｆｉの断面形状が多角形状の場合には「幅寸法」が対応する。

【0021】

尚、加工対象部分ＭＡ，ＭＢについては、図４に示すように、例えば、歯車のように複数の外歯を成形する場合には、一つの外歯を成形する部分を加工対象部分としたり、全部の外歯を成形する部分を加工対象部分としたりすることができる。又、加工対象部分ＭＡ，ＭＢについては、例えば、一つのキー溝やキーを成形する場合には、キー溝やキーを成形する部分を加工対象部分とすることができる。

【0022】

ここで、断面減少率が１０％未満になると、例えば、第一鍛造成形工程において中間成形物Ｆｉを成形する際の材料流動が少なくて（成形量が少なくて）成形荷重が小さくなるものの、第二鍛造成形工程において最終成形物Ｆｆ即ち製品Ｗを成形する際の材料流動が多くなって（成形量が多くなって）成形荷重が大きくなる。その結果、図５に示すように、第二鍛造成形工程において用いる第二成形ダイの成形空間に押し込まれる前の中間成形物Ｆｉが据え込まれて外方に向けて広がるため、鍛造成形が不能になる。又、断面減少率が１０％未満に設定された場合おいて、仮に、第二鍛造成形工程を経て最終成形物Ｆｆ即ち製品Ｗを成形した場合であっても、外方に向けた、つまり、第二成形ダイの成形空間に向けて流動する材料が不足し、製品Ｗにおける肉張りが十分実現できなくなる。

【0023】

他方、断面減少率が４０％よりも大きくなると、例えば、第一鍛造成形工程において中間成形物Ｆｉを成形する際の材料流動が多くなって（成形量が多くなって）成形荷重が大きくなる。その結果、図５に示すように、第一鍛造成形工程において用いる第一成形ダイの成形空間に押し込まれる前の素材Ｍが据え込まれて外方に向けて広がるため、鍛造成形が不能になる。又、断面減少率が４０％よりも大きく設定された場合において、仮に、第一鍛造成形工程を経て中間成形物Ｆｉを成形した場合であっても、第二鍛造成形工程において用いる第二成形ダイの成形空間に押し込まれる前の中間成形物Ｆｉが据え込まれて外方に向けて広がるため、鍛造成形が不能になる。

【0024】

ここで、断面減少率については、上述したように、鍛造成形可能性の観点から１０％から４０％となるように設定されることが好ましいが、成形荷重の低減及び肉張りの観点から１０％から３０％となるように設定されることがより好ましく、更には１０％から２０％となるように設定されることがより好ましい。

【0025】

ところで、鍛造成形装置Ｋにおいては、上述したように、第一鍛造成形工程及び第二鍛造成形工程を経た素材Ｍ及び中間成形物Ｆｉの断面減少率が総量として１０％から４０％となるように設定される。このため、第一断面減少率及び第二断面減少率の一方の断面減少率、即ち、素材Ｍ及び中間成形物Ｆｉに対する成形量は、第一断面減少率及び第二断面減少率の他方の断面減少率（成形量）に応じて設定される。つまり、第一鍛造成形工程における第一断面減少率（成形量）が大きく設定された場合には第二鍛造成形工程における第二断面減少率（成形量）が小さく設定され、第一鍛造成形工程における第一断面減少率（成形量）が小さく設定された場合には第二鍛造成形工程における第二断面減少率（成形量）が大きく設定される。

【0026】

２．第一実施例
２－１．鍛造成形装置１０の構成
第一実施例の鍛造成形装置１０の構成について、図６及び図７を参照して説明する。鍛造成形装置１０は、パンチ１１、駆動装置１２、テーブル１３及び圧力板１４と、成形ダイ２０と、を備えており、被成形物に対して冷間鍛造成形を施す。ここで、第一実施例においては、被成形物として、図８に示すように、大径円板部Ｍ１１及び小径軸部Ｍ１２を有する素材Ｍ１を例示し、素材Ｍ１の小径軸部Ｍ１２の外面である外周面に対して冷間鍛造成形を施して製品Ｗ１を成形する場合を説明する。

【0027】

尚、説明を省略するが、素材Ｍ１は、大径円板部Ｍ１１に平歯又ははす歯の外歯が成形されて製品Ｗ１となる。この場合、大径円板部Ｍ１１については、例えば、ホブカッタやフレージングカッタ等を用いた切削加工によって外歯を形成しても良いし、後述する鍛造成形方法を用いた冷間鍛造成形によって外歯を形成しても良い。

【0028】

パンチ１１は、図６及び図７に示すように、駆動装置１２によって軸線方向に沿って駆動されて、成形ダイ２０に向けて素材Ｍ１を押し込むための部材である。ここで、以下の説明においては、パンチ１１が素材Ｍ１を成形ダイ２０に向けて押し込む方向を「成形方向」と称呼する。尚、第一実施例においては、図１に示すように、鉛直方向に沿った成形方向にて、パンチ１１が素材Ｍ１を成形ダイ２０に押し込む場合を例示する。しかしながら、成形方向については、鉛直方向に沿った方向に限られず、例えば、水平方向に沿った方向であっても良い。

【0029】

又、図６及び図７（後述する図１５及び図２３）においては、理解を容易とするために、軸線を境にしてパンチ１１（パンチ１６）を仮想的に二つに分割して示す。この場合、図において左側はパンチ１１（パンチ１６）が上昇した状態を示し、図において右側はパンチ１１（パンチ１６）が下降した状態を示す。尚、実際のパンチ１１（パンチ１６）は、左右で分割されておらず、駆動装置１２によって一体で上昇又は下降することは言うまでもない。

【0030】

駆動装置１２は、パンチ１１を軸線方向即ち成形方向に沿って駆動する。駆動装置１２は、例えば、図示を省略する油圧機構や、電動機構、油圧機構及び電動機構を合わせた機構等を主要素として備え、これらの機構が発生した駆動力をパンチ１１に伝達するようになっている。尚、第一実施例においては、成形方向である鉛直方向に沿って上昇又は下降させるように、駆動装置１２がパンチ１１に駆動力を伝達する。

【0031】

テーブル１３は、パンチ１１に対して、成形方向にて前方、即ち、第一実施例においては鉛直方向にて下方に配置される板状部材であり、駆動装置１２を支持する。又、テーブル１３は、中央部分に貫通孔を有しており、環状（筒状）の成形ダイ２０、圧力板１４及び保持板１５を貫通孔に対して同軸的に支持する。更に、テーブル１３は、後述する冷間鍛造成形において発生する成形荷重も支持する。

【0032】

圧力板１４は、内側に貫通孔を有する環状部材である。圧力板１４は、成形方向にて後方に配置される成形ダイ２０を支持する。又、後述するように、圧力板１４は、テーブル１３に支持された状態でテーブル１３の貫通孔と同軸的に配置された貫通孔を介して、成形ダイ２０によって冷間鍛造成形の施された中間成形物Ｆｉ及び最終成形物Ｆｆ（製品Ｗ１）の小径軸部Ｍ１２を挿通させる。

【0033】

２－２．成形ダイ２０の構成
次に、成形ダイ２０の構成を説明する。第一実施例の成形ダイ２０は、第一成形ダイ２１及び第二成形ダイ２２を含んで構成される。

【0034】

第一成形ダイ２１は、図９に示すように、成形方向にて後方（第一実施例においては鉛直方向にて上方）に配置されるガイド部２１１と、ガイド部２１１に対して成形方向にて前方（第一実施例においては鉛直方向にて下方）に配置される成形空間２１２と、を有する。ガイド部２１１は、成形方向にて前方（鉛直方向にて下方）に進行する素材Ｍ１の小径軸部Ｍ１２を挿通させて成形空間２１２に案内する。このため、ガイド部２１１は、素材Ｍ１の小径軸部Ｍ１２を傾くことなく成形空間２１２に向けて案内するように、内周面に沿って案内部２１１Ａを有する。成形空間２１２は、小径軸部Ｍ１２に回転軸に対してツルマキ線状（螺旋状）の暫定外歯Ｍ１３（図１１を参照）を成形するように、内周面に沿って成形部２１２Ａを有する。

【0035】

ここで、図９に示すように、ガイド部２１１における案内部２１１Ａの内径寸法Ｄ０は、素材Ｍ１の小径軸部Ｍ１２の外径寸法Ｄｍ１（図８を参照）よりも大きく（又は、同一に）設定される。又、成形空間２１２の成形部２１２Ａの内径寸法Ｄ１は、素材Ｍ１の小径軸部Ｍ１２の外径寸法Ｄｍ１よりも小さく設定される。更に、成形空間２１２の成形部２１２Ａの内径寸法Ｄ２は、中間成形物Ｆｉの外形寸法（第一実施例においては中間形状である暫定外歯Ｍ１３の外径寸法）よりも大きく設定される。つまり、第一成形ダイ２１の内径寸法については、Ｄ１＜Ｄｍ１≦Ｄ０＜Ｄ２の関係が成立する。

【0036】

これにより、パンチ１１によって素材Ｍ１の小径軸部Ｍ１２が第一成形ダイ２１に押し込まれた場合、先ずガイド部２１１の案内部２１１Ａが小径軸部Ｍ１２を成形空間２１２に向けて案内する。この場合、案内部２１１Ａは、小径軸部Ｍ１２が傾くことなく（所謂、座り良く）、小径軸部Ｍ１２を成形空間２１２に向けて案内する。そして、案内部２１１Ａによって案内されて成形空間２１２に進入した小径軸部Ｍ１２に対して、成形空間２１２の成形部２１２Ａが暫定外歯Ｍ１３を絞り加工により鍛造成形する。ここで、暫定外歯Ｍ１３の外周面は、成形空間２１２のうちの内径寸法Ｄ２の部分には当接しない。

【0037】

第二成形ダイ２２は、図１０に示すように、成形方向にて後方（第一実施例においては鉛直方向にて上方）に配置されるガイド部２２１と、ガイド部２２１に対して成形方向にて前方（第一実施例においては鉛直方向にて下方）に配置される成形空間２２２と、を有する。ガイド部２２１は、成形方向にて前方（鉛直方向にて下方）に進行する中間成形物Ｆｉの小径軸部Ｍ１２に形成された暫定外歯Ｍ１３に嵌合するように内周面に設けられて、成形空間２２２に案内するための案内部２２１Ａを有する。成形空間２２２は、中間成形物Ｆｉの暫定外歯Ｍ１３から最終成形物Ｆｆ即ち製品Ｗ１の回転軸に対してツルマキ線状（螺旋状）のはす歯である外歯Ｍ１４（図１２を参照）を成形するように、内周面に沿って成形部２２２Ａを有する。

【0038】

ここで、第一実施例においては、図１０に示すように、第二成形ダイ２２のガイド部２２１における案内部２２１Ａの内径寸法Ｄ３は、第一成形ダイ２１のガイド部２１１における案内部２１１Ａの内径寸法Ｄ０よりも小さく即ち小径軸部Ｍ１２の外径寸法Ｄｍ１よりも小さく、成形空間２１２の成形部２１２Ａの内径寸法Ｄ１よりも大きく設定される。又、第一実施例においては、図１０に示すように、第二成形ダイ２２の成形空間２２２の成形部２２２Ａの内径寸法Ｄ４は、第一成形ダイ２１の成形空間２１２の成形部２１２Ａの内径寸法Ｄ１よりも小さく設定される。更に、成形空間２２２の内径寸法Ｄ５は、中間成形物Ｆｉの外形寸法（第一実施例においては中間形状である暫定外歯Ｍ１３の外径寸法）よりも小さく設定される。つまり、第二成形ダイ２２の内径寸法については、Ｄ４＜Ｄ１＜Ｄ３＜Ｄｍ１≦Ｄ０＜Ｄ５の関係が成立する。

【0039】

これにより、中間成形物Ｆｉの暫定外歯Ｍ１３が第二成形ダイ２２に押し込まれた場合、先ずガイド部２２１の案内部２２１Ａが暫定外歯Ｍ１３と嵌合して暫定外歯Ｍ１３を成形空間２２２に向けて案内する。そして、案内されて成形空間２２２に進入した暫定外歯Ｍ１３に対して、成形空間２２２の成形部２２２Ａが最終形状である外歯Ｍ１４を絞り加工により鍛造成形する。ここで、暫定外歯Ｍ１３の外周面は、成形空間２２２のうちの内径寸法Ｄ５の部分に当接することにより拘束される。

【0040】

尚、軸方向長さの違いは、断面減少率の違い、即ち、外方に向けた肉張りの違いに基づいて設定され、例えば、断面減少率が大きい程、冷間鍛造成形中の素材Ｍ１及び中間成形物Ｆｉを保持するように軸方向長さが長く設定される。本実施形態においては、第二工程における断面減少率が大きくなる場合を例示するため、第二成形ダイ２２の方が長くなっている。

【0041】

このため、成形ダイ２０は、第一鍛造成形工程及び第二鍛造成形工程において鍛造成形装置１０を共用できるように、図６に示す第一成形ダイ２１に組み合わされるスペーサ２３と、図７に示す第二成形ダイ２２に組み合わされるスペーサ２４と、を有する。尚、これらの場合は、保持板１５は、圧力板１４、第一成形ダイ２１及びスペーサ２３をテーブル１３と共に挟持し、又は、圧力板１４、第二成形ダイ２２及びスペーサ２４をテーブル１３と共に挟持して保持する。

【0042】

２－３．鍛造成形方法
次に、上述した鍛造成形装置１０及び成形ダイ２０を用いた第一実施例の鍛造成形方法について説明する。第一実施例の鍛造成形方法においては、図６に示すように、鍛造成形装置１０に第一成形ダイ２１を取り付けた状態で素材Ｍ１の小径軸部Ｍ１２に冷間鍛造成形を施して中間成形物Ｆｉを成形する第一鍛造成形工程と、図７に示すように、鍛造成形装置１０に第二成形ダイ２２を取り付けた状態で中間成形物Ｆｉに冷間鍛造成形を施して最終成形物Ｆｆ即ち製品Ｗ１を成形する第二鍛造成形工程と、を順に実施する。

【0043】

先ず、第一鍛造成形工程から説明する。第一鍛造成形工程を実施するに当たり、鍛造成形装置１０においては、図６に示すように、第一成形ダイ２１及びスペーサ２３が組み付けられる。そして、第一鍛造成形工程においては、小径軸部Ｗ１２に対する冷間鍛造成形がなされていない素材Ｍ１を、パンチ１１と第一成形ダイ２１とで挟持するようにセットする。

【0044】

第一鍛造成形工程においては、素材Ｍ１が第一成形ダイ２１に当接するようにセットされた状態で、成形方向にて前方（鉛直方向にて下方）に向けて、駆動装置１２がパンチ１１に駆動力を伝達する。その結果、パンチ１１は、成形方向にて前進（鉛直方向にて下降）し、素材Ｍ１を第一成形ダイ２１のガイド部２１１に押し込む。これにより、ガイド部２１１の案内部２１１Ａは、小径軸部Ｍ１２が傾かないように、小径軸部Ｍ１２を成形空間２１２に向けて案内する。

【0045】

そして、鍛造成形装置１０のパンチ１１は、素材Ｍ１の小径軸部Ｍ１２を第一成形ダイ２１の成形空間２１２に対して押し込む。これにより、小径軸部Ｍ１２が成形空間２１２の成形部２１２Ａに対して相対移動する過程において、図１１に示すように、小径軸部Ｍ１２の外周面に暫定外歯Ｍ１３が成形される。つまり、第一鍛造成形工程を経ることにより、小径軸部Ｗ１２に暫定外歯Ｍ１３を有する中間成形物Ｆｉが成形される。

【0046】

中間成形物Ｆｉが成形されると、中間成形物Ｆｉは第一成形ダイ２１から取り外される。この場合、小径軸部Ｍ１２には暫定外歯Ｍ１３が成形されているため、例えば、中間成形物Ｆｉを軸線回りに回転させることによって中間成形物Ｆｉを成形方向にて後進（鉛直方向にて上方）に移動させ、中間成形物Ｆｉを第一成形ダイ２１から取り外す。尚、中間成形物Ｆｉを回転させる際には、図示を省略するが、例えば、パンチ１１を回転させることによって中間成形物Ｆｉを連れ回りさせたり、第一成形ダイ２１を回転させることによって第一成形ダイ２１を中間成形物Ｆｉに対して相対的に回転させたりすることができる。

【0047】

ここで、第一成形ダイ２１における成形空間２１２の成形部２１２Ａの内径寸法Ｄ１は、小径軸部Ｍ１２の加工対象部分ＭＡにおける第一断面減少率が上述したように１０％から４０％の範囲内となるように設定される。具体的に、第一実施例においては、上述したように、第一成形ダイ２１における成形部２１２Ａの内径寸法Ｄ１は、第二成形ダイ２２における成形部２２２Ａの内径寸法Ｄ２よりも大きく設定される。つまり、第一実施例においては、第一鍛造成形工程における第一断面減少率は第二鍛造成形工程における第二断面減少率よりも小さくなるように設定される。

【0048】

従って、第一実施例においては、第一鍛造成形工程にて未加工の素材Ｍ１の小径軸部Ｍ１２に冷間鍛造成形を施す場合、第二鍛造成形工程に比べて第一断面減少率が相対的に小さく設定されることにより、駆動装置１２がパンチ１１に伝達する駆動力、換言すれば、パンチ１１のストロークに対する成形荷重を相対的に小さくすることができる。これにより、第一成形ダイ２１が冷間鍛造成形に伴う成形荷重によって受ける反力即ち負荷を小さくすることができ、第一成形ダイ２１の型寿命を長期化することが可能になる。

【0049】

次に、第二鍛造成形工程を説明する。第二鍛造成形工程を実施するに当たり、鍛造成形装置１０においては、図７に示すように、第一成形ダイ２１及びスペーサ２３に代えて第二成形ダイ２２及びスペーサ２４が組み付けられる。そして、第二鍛造成形工程においては、第一鍛造成形工程にて小径軸部Ｗ１２に暫定外歯Ｍ１３が成形された中間成形物Ｆｉを、パンチ１１と第二成形ダイ２２とで挟持するようにセットする。

【0050】

第二鍛造成形工程においては、中間成形物Ｆｉが第二成形ダイ２２に当接するようにセットされた状態で、成形方向にて前方（鉛直方向にて下方）に向けて、駆動装置１２がパンチ１１に駆動力を伝達する。その結果、パンチ１１は、成形方向にて前進（鉛直方向にて下降）し、中間成形物Ｆｉを第二成形ダイ２２のガイド部２２１に押し込む。これにより、ガイド部２２１の案内部２２１Ａは、中間成形物Ｆｉの暫定外歯Ｍ１３に嵌合して、暫定外歯Ｍ１３を成形空間２１２に向けて案内する。

【0051】

そして、鍛造成形装置１０のパンチ１１は、中間成形物Ｆｉの暫定外歯Ｍ１３を第二成形ダイ２２の成形空間２２２に対して押し込む。これにより、暫定外歯Ｍ１３が成形空間２２２の成形部２２２Ａに対して相対移動する過程において、暫定外歯Ｍ１３に絞り加工が施されることにより、図１２に示すような外歯Ｍ１４が成形される。つまり、第二鍛造成形工程を経ることにより、最終形状である外歯Ｍ１４を有する最終成形物Ｆｆ即ち製品Ｗ１が成形される。そして、最終成形物Ｆｆが成形されると、上述した第一鍛造成形工程と同様に、最終成形物Ｆｆは第二成形ダイ２２から取り外される。

【0052】

ここで、第二成形ダイ２２における成形空間２２２の成形部２２２Ａの内径寸法Ｄ４は、暫定外歯Ｍ１３の加工対象部分ＭＢにおける第二断面減少率が上述したように１０％から４０％の範囲内となるように設定される。具体的に、第一実施例においては、上述したように、第二成形ダイ２２おける成形部２２２Ａの内径寸法Ｄ４は、第一成形ダイ２１における成形部２１２Ａの内径Ｄ１よりも小さく設定される。つまり、第一実施例においては、第二鍛造成形工程における第二断面減少率は第一鍛造成形工程における第一断面減少率よりも大きくなるように設定されており、中間成形物Ｆｉの暫定外歯Ｍ１３に絞り加工を施すことにより最終形状である外歯Ｍ１４を成形する。

【0053】

従って、第一実施例においては、第一鍛造成形工程にて成形された暫定外歯Ｍ１３に冷間鍛造成形としての絞り加工を施すため、一つの鍛造成形工程にて素材Ｍ１から外歯Ｍ１４を成形する場合に比べて、駆動装置１２がパンチ１１に伝達する駆動力、換言すれば、パンチ１１のストロークに対する成形荷重を相対的に小さくすることができる。これにより、第二成形ダ２が冷間鍛造成形に伴う成形荷重によって受ける反力即ち負荷を小さくすることができ、第二成形ダイ２２の型寿命を長期化することが可能になる。

【0054】

２－４．第一実施例の変形例
上述したように、成形ダイ２０を構成する第二成形ダイ２２は、成形空間２２２に対して成形方向にて後方側に、小径軸部Ｍ１２の外径寸法Ｄｍ１よりも小径の内径寸法Ｄ３に設定されたガイド部２２１の案内部２２１Ａを有する。このため、上述した第二鍛造成形工程において外歯Ｍ１４が成形される際には、図１２に示すように、小径軸部Ｍ１２のうちの素材Ｍ１の大径円盤部Ｍ１１側の端部において、案内部２２１Ａが小径軸部Ｍ１２に暫定外歯Ｍ１３よりも浅い案内溝Ｍ１５を成形する。

【0055】

このため、第一実施例の第一成形ダイ２１を用いた第一鍛造成形工程及び第二成形ダイ２２を用いた第二鍛造成形工程を経た場合、図１２に示すように、最終成形物Ｆｆ（製品Ｗ１）に対する外歯Ｍ１４の成形範囲Ｒのうち、大径円板部Ｍ１１側の端部に案内溝Ｍ１５がそのまま存在する。つまり、案内溝Ｍ１５がそのまま成形範囲Ｒに含まれる場合、成形範囲Ｒは、機能上利用されない案内溝Ｍ１５の部分Ｍ１６（以下、この部分を「未利用部分Ｍ１６」と称呼する。）だけ、軸線方向の長さが長くなってしまい、ひいては、製品Ｗ１の軸線方向の長さが長くなってしまう。

【0056】

そこで、第一実施形態の変形例においては、成形範囲Ｒに含まれる未利用部分Ｍ１６を減少させるために、図１３に示すように、第二成形ダイ２２におけるガイド部２２１の案内部２２１Ａの少なくとも一部に内径がＤ１となる成形部２２３を設ける。これにより、成形部２２３は、案内部２２１Ａにおいて内径寸法Ｄ３に設定される部分の成形方向に沿った長さを実質的に短くすることができる。そして、成形部２２３は、未利用部分Ｗ１６を形成する案内溝Ｍ１５に沿って、第一成形ダイ２１における成形空間２１２の成形部２１２Ａと同様に、暫定外歯Ｍ１３を成形することができる。

【0057】

これにより、第二鍛造成形工程において、例えば、上述した第一実施例の場合よりも第二成形ダイ２２を中間成形物Ｆｉの大径円板部Ｍ１１の近傍まで相対移動させることにより、図１４に示すように、成形部２２３が未利用部分Ｍ１６の案内溝Ｍ１５に沿って暫定外歯Ｍ１３を成形することができる。その後、成形空間２２２の成形部２２２Ａが未利用部分Ｍ１６に新たに成形された暫定外歯Ｍ１３に絞り加工を施して外歯Ｍ１４が成形されることにより、図１４に示すように、図１２に示した第一実施例の場合に比べて、成形範囲Ｒのうち、外歯Ｍ１４として有効に機能する有効成形部分Ｍ１７を大径円板部Ｍ１１側に広げることができる。これにより、製品Ｗ１の軸線方向の寸法を短くすることが可能となり、製品Ｗ１の小型化を実現することができる。

【0058】

３．第二実施例
上述した第一実施例においては、大径円板部Ｍ１１及び小径軸部Ｍ１２を有する素材Ｍ１を例示した。これに対し、第二実施例においては、図１５に示す鍛造成形装置１０が冷間鍛造を行う被成形物として、図１６に示すように、貫通孔Ｍ２１を有する環状の素材Ｍ２を例示し、素材Ｍ２の側部Ｍ２２の外周面に対して冷間鍛造加工を施してピニオンギヤを製品Ｗ２として成形する場合を説明する。尚、素材Ｍ２は、図１６に示すように、軸線方向の両端部に面取り部Ｍ２３が予め成形されている。

【0059】

３－１．鍛造成形装置１０の構成
第二実施例の鍛造成形装置１０においては、図１５に示すように、第一実施例において説明した鍛造成形装置１０のパンチ１１に代えて、冷間鍛造成形中において素材Ｍ２の貫通孔Ｍ２１に挿通されるマンドレル１５を有するパンチ１６が設けられる。これにより、第二実施例においては、素材Ｗ２が中空状、より詳しくは、環状であるため、冷間鍛造成形中はマンドレル１５が貫通孔Ｍ２１に挿通された状態で第一鍛造成形工程及び第二鍛造成形工程が実行される。

【0060】

ここで、マンドレル１５については、環状の素材Ｍ２の冷間鍛造成形時にパンチ１６に取り付けられるようにしても良いし、環状の素材Ｍ２の冷間鍛造成形専用としてパンチ１６と一体となるように設けられていても良い。汎用性を考慮する場合には、別体のマンドレル１５がパンチ１６に取り付けられる方式を採用することが好ましい。

【0061】

尚、第二実施例の鍛造成形装置１０と、上述した第一実施例の鍛造成形装置１０とは、マンドレル１５及びパンチ１６が異なるのみである。即ち、第二実施例の鍛造成形装置１０も、第一実施例の鍛造成形装置１０と同様に、駆動装置１２、テーブル１３、圧力板１４及び保持板１５を備えている。従って、駆動装置１２、テーブル１３、圧力板１４及び保持板１５の説明は省略する。

【0062】

３－２．成形ダイ２０の構成
次に、第二実施例の成形ダイ２０の構成を説明する。第二実施例の成形ダイ２０は、第一成形ダイ２５及び第二成形ダイ２６を含んで構成される。

【0063】

第一成形ダイ２５は、図１７に示すように、成形方向にて後方（第二実施例においては鉛直方向にて上方）に配置されるガイド部２５１と、ガイド部２５１に対して成形方向にて前方（第二実施例においては鉛直方向にて下方）に配置される成形空間２５２と、を有する。ガイド部２５１は、成形方向にて前方（鉛直方向にて下方）に前進する素材Ｍ２を安定して挿通させて成形空間２５２に案内するように、内周面にて軸線方向に沿った保持部２５１Ａを有する。成形空間２５２は、素材Ｍ２の側部Ｍ２２に回転軸に対して平行な暫定外歯Ｍ２３（図１９を参照）を成形するように、内周面にて軸線方向に沿った成形部２５２Ａを有する。

【0064】

ここで、図１７に示すように、ガイド部２５１における保持部２５１Ａの内径寸法Ｄ６は、素材Ｍ２の外径寸法Ｄｍ２（図１６を参照）に対して僅かに大きく設定される。又、図１７に示すように、ガイド部２５１の保持部２５１Ａの内径寸法Ｄ６は、成形空間２５２の成形部２５２Ａの内径寸法Ｄ７よりも大きく設定される。つまり、第一成形ダイ２５の内径寸法については、Ｄ７＜Ｄｍ２≦Ｄ６の関係が成立する。

【0065】

これにより、素材Ｍ２が第一成形ダイ２５に押し込まれた場合、先ずガイド部２５１の保持部２５１Ａが素材Ｍ２をガタツキなく保持する。そして、保持部２５１Ａに保持されて成形空間２５２に進入した素材Ｍ２に対して、成形空間２５２の成形部２５２Ａが暫定外歯Ｍ２３を成形する。尚、保持部２５１Ａは、上述した第一実施例の案内部２２１Ａと同様に、素材Ｍ２の側部Ｍ２２に案内溝を成形することも可能である。又、暫定外歯Ｍ２３の外周面は、成形空間２５２の内周面には接触しない。

【0066】

第二成形ダイ２６は、図１８に示すように、成形方向にて後方（第二実施例においては鉛直方向にて上方）に配置されるガイド部２６１と、ガイド部２６１に対して成形方向にて前方（第二実施例においては鉛直方向にて下方）に配置される成形空間２６２と、を有する。ガイド部２６１は、成形方向にて前方（鉛直方向にて下方）に前進する中間成形物Ｆｉの側部Ｍ２２に形成された暫定外歯Ｍ２３に嵌合するように内周面にて軸線方向に沿って設けられて、成形空間２６２に案内するための案内部２６１Ａを有する。成形空間２６２は、中間成形物Ｆｉの暫定外歯Ｍ２３に絞り加工を施すことによって最終成形物Ｆｆ即ち製品Ｗ２の回転軸に対して平行な平歯Ｍ２４（図２０を参照）を成形するように、内周面にて軸線方向に沿った成形部２６２Ａを有する。

【0067】

ここで、第二実施例においては、図１８に示すように、第二成形ダイ２６のガイド部２６１における案内部２６１Ａの内径寸法Ｄ８は、第一成形ダイ２５のガイド部２５１における保持部２５１Ａの内径寸法Ｄ６（図１７を参照）よりも小さく設定される。又、第二実施例においては、図１８に示すように、第二成形ダイ２６の成形空間２６２の成形部２６２Ａの内径寸法Ｄ９は、第一成形ダイ２５の成形空間２５２の成形部２５２Ａの内径寸法Ｄ７よりも小さく設定される。つまり、第二成形ダイ２６の内径寸法については、Ｄ９＜Ｄ７＜Ｄ８＜Ｄｍ２≦Ｄ６の関係が成立する。

【0068】

これにより、中間成形物Ｆｉの暫定外歯Ｍ２３が第二成形ダイ２６に押し込まれた場合、先ず、ガイド部２６１の案内部２６１Ａが暫定外歯Ｍ２３と嵌合して暫定外歯Ｍ２３を成形空間２６２に向けて案内する。そして、成形空間２６２の成形部２６２Ａが、案内されて成形空間２６２に進入した暫定外歯Ｍ２３に対して絞り加工を施し、最終形状である平歯Ｍ２４を成形する。ここで、暫定外歯Ｍ２３の外周面は、成形空間２６２の内周面に当接することにより拘束される。

【0069】

尚、第二実施例の鍛造成形装置１０においては、図１５に示すように、第一成形ダイ２５と第二成形ダイ２６とが成形方向（鉛直方向）に沿って直列に配置される。つまり、第二実施例の鍛造成形装置１０においては、素材Ｍ２は、パンチ１６によって第一成形ダイ２５に押し込まれ、続いて、パンチ１６によって第二成形ダイ２６に押し込まれる。これにより、素材Ｍ２には、暫定外歯Ｍ２３と平歯Ｍ２４とが連続して成形される。

【0070】

ここで、冷間鍛造成形中の中間成形物Ｆｉにおいて、例えば、成形方向にて前方が第二成形ダイ２６に進入し、且つ、成形方向にて後方が第一成形ダイ２５を通過している状況を想定すると、第一成形ダイ２５による暫定外歯Ｍ２３の成形荷重と第二成形ダイ２６による平歯Ｍ２４の成形荷重の両方がパンチ１６に作用することになる。又、第二実施例においても、第二成形ダイ２６の内径寸法Ｄ９が第一成形ダイ２５の内径寸法Ｄ７よりも小さいため、成形方向にて後方に材料流動が生じることにより、中間成形物Ｆｉが第一成形ダイ２５に据え込まれる場合もある。この場合、成形荷重が増加し、第一成形ダイ２５等の型寿命に影響を及ぼす可能性がある。

【0071】

このため、第二実施例の鍛造成形装置１０においては、第一成形ダイ２５及び第二成形ダイ２６が成形方向にて互いに離間するように、成形ダイ２０を構成するスペーサ２７が設けられる。具体的に、スペーサ２７は、中間成形物Ｆｉ（素材Ｍ２）の軸線方向の寸法、即ち、中間成形物Ｆｉ（素材Ｍ２）の厚み寸法よりも大きな距離となるように、第一成形ダイ２５及び第二成形ダイ２６を離間させる。これにより、スペーサ２７は、鍛造成形中の中間成形物Ｆｉにおいて、成形方向にて前方が第二成形ダイ２６に進入し、且つ、成形方向にて後方が第一成形ダイ２５を通過している状況が生じることを防止することができ、成形荷重の増加を抑制することができる。

【0072】

３－３．鍛造成形方法
次に、上述した鍛造成形装置１０及び成形ダイ２０を用いた第二実施例の鍛造成形方法について説明する。第二実施例の鍛造成形方法においては、図１５に示すように、鍛造成形装置１０に対して、成形方向にて後方（鉛直方向にて上方）に第一成形ダイ２５を配置すると共に成形方向にて第一成形ダイ２５よりも前方にスペーサ２７を介して第二成形ダイ２６を配置する、つまり、成形方向に沿って直列となるように第一成形ダイ２５及び第二成形ダイ２６を取り付ける。そして、第二実施例の鍛造成形方法は、鍛造成形装置１０を用いて、素材Ｍ２の側部Ｍ２２に冷間鍛造成形を施して中間成形物Ｆｉを成形する第一鍛造成形工程と、中間成形物Ｆｉに冷間鍛造成形を施して最終成形物Ｆｆ即ち製品Ｗ２を成形する第二鍛造成形工程と、を連続して実施する。

【0073】

第二実施例の鍛造成形装置１０においては、図１５に示すように、成形方向にて後方から前方（鉛直方向にて上方から下方）に沿って第一成形ダイ２５、スペーサ２７及び第二成形ダイ２６の順に組み付けられる。そして、側部Ｍ２２に対して冷間鍛造成形がなされていない素材Ｍ２は、貫通孔Ｍ２１にマンドレル１５が挿通された状態でパンチ１６と第一成形ダイ２５とで挟持するようにセットされる。

【0074】

第二実施例の第一鍛造成形工程においては、素材Ｍ２が第一成形ダイ２５のガイド部２５１の保持部２５１Ａに当接するようにセットされた状態で、成形方向にて前方（鉛直方向にて下方）に向けて、駆動装置１２がパンチ１６に駆動力を伝達する。これにより、パンチ１６は、マンドレル１５と共に成形方向にて前進（鉛直方向にて下降）し、保持部２５１Ａによって案内される素材Ｍ２を成形空間２５２に向けて押し込む。

【0075】

成形空間２５２に押し込まれた素材Ｍ２は、成形空間２５２の成形部２５２Ａに対して相対移動する過程において、側部Ｍ２２に図１９に示すような暫定外歯Ｍ２３が成形される。つまり、第二実施例においても、第一鍛造成形工程を経ることにより、側部Ｍ２２に暫定外歯Ｍ２３を有する中間成形物Ｆｉが成形される。

【0076】

中間成形物Ｆｉは、パンチ１６によって更に成形方向にて前進（鉛直方向にて下降）し、第一成形ダイ２５の成形空間２５２から排出される。これにより、第二実施例においては、第一鍛造成形工程が終了する。そして、第一鍛造成形工程が終了した中間成形物Ｆｉは、更にパンチ１６によって成形方向にて前進（鉛直方向にて下降）し、スペーサ２７を通過して第二成形ダイ２６に到達する。

【0077】

ここで、上述したように、第二実施例においては、第一成形ダイ２５における成形空間２５２の成形部２５２Ａの内径寸法Ｄ７は、素材Ｍ２の側部Ｍ２２の加工対象部分ＭＡにおける断面減少率が１０％から４０％の範囲内となるように設定され、又、第二成形ダイ２６における成形部２６２Ａの内径寸法Ｄ９よりも大きく設定される。つまり、第二実施例においても、第一鍛造成形工程における第一断面減少率は第二鍛造成形工程における第二断面減少率よりも小さくなるように設定される。

【0078】

又、成形空間２５２から排出された中間成形物Ｆｉがスペーサ２７を通過することにより、中間成形物Ｆｉには何ら鍛造成形がなされない状態が生じる。つまり、スペーサ２７を設けることにより、連続して実行される第一鍛造成形工程と第二鍛造成形工程とを区切ることができる。これにより、第一鍛造成形工程における冷間鍛造成形に伴う成形荷重が高くなることを防止することができる。従って、第二実施例においても、第一鍛造成形工程にて未加工の素材Ｍ２の側部Ｍ２２に冷間鍛造成形を施す場合、第二鍛造成形工程に比べて第一断面減少率が相対的に小さく設定されることにより、第一成形ダイ２５が冷間鍛造成形に伴う成形荷重によって受ける反力即ち負荷を小さくすることができ、第一成形ダイ２５の型寿命を長期化することが可能となる。

【0079】

スペーサ２７を通過した中間成形物Ｆｉは、第二成形ダイ２６に到達する。これにより、第二実施例においては第二鍛造成形工程が実行される。第二鍛造成形工程においては、鍛造成形装置１０のパンチ１６が、成形方向にて前進（鉛直方向にて下降）し、中間成形物Ｆｉを第二成形ダイ２６のガイド部２６１に押し込む。これにより、ガイド部２６１の案内部２６１Ａは、中間成形物Ｆｉの暫定外歯Ｍ２３と嵌合して、暫定外歯Ｍ２３を成形空間２６２に向けて案内する。

【0080】

そして、パンチ１６は、中間成形物Ｆｉの暫定外歯Ｍ２３を第二成形ダイ２６の成形空間２６２に対して押し込む。これにより、暫定外歯Ｍ２３が成形空間２６２の成形部２６２Ａに対して相対移動する過程において、暫定外歯Ｍ２３に絞り加工が施されることにより、図２０に示すような平歯Ｍ２４が成形される。つまり、第二実施例においても、第二鍛造成形工程を経ることにより、最終形状である平歯Ｍ２４を有する最終成形物Ｆｆ即ち製品Ｗ２が成形される。そして、最終成形物Ｆｆは、パンチ１６が更に成形方向にて前進（鉛直方向にて下降）することによって、第二成形ダイ２６の成形空間２６２から排出される。これにより、第二実施例においては、第二鍛造成形工程が終了する。

【0081】

ここで、第二成形ダイ２６における成形空間２６２の成形部２６２Ａの内径寸法Ｄ９は、暫定外歯Ｍ２３の加工対象部分ＭＢにおける断面減少率が上述したように１０％から４０％の範囲内となるように設定される。そして、第二実施例においても、上述したように、第二鍛造成形工程における第二断面減少率は第一鍛造成形工程における第一断面減少率よりも大きくなるように設定されており、中間成形物Ｆｉの暫定外歯Ｍ２３に絞り加工を施すことにより最終形状である平歯Ｍ２４を成形する。

【0082】

従って、第二実施例においても、第一鍛造成形工程にて成形された暫定外歯Ｍ２３に冷間鍛造成形としての絞り加工を施すため、一つの鍛造成形工程にて素材Ｍ２から平歯Ｍ２４を成形する場合に比べて成形荷重を小さくすることができる。これにより、第二実施例においても、第二成形ダイ２６が冷間鍛造成形に伴う成形荷重によって受ける反力即ち負荷を小さくすることができ、第二成形ダイ２６の型寿命を長期化することが可能になる。

【0083】

又、第一鍛造成形工程にて暫定外歯Ｍ２３を成形し、続く第二鍛造成形工程にて最終的な絞り加工を施すことにより、一つの鍛造成形工程にて素材Ｍ２から平歯Ｍ２４を成形する場合に比べて、材料流動を緩やかに生じさせることができる。これにより、例えば、ピニオンギヤのような製品Ｗ２において、軸線方向の両端面におけるバリやタレの発生を抑制することが可能になる。従って、冷間鍛造成形した後の製品Ｗ２に対する追加加工（切削加工や研削加工等）の少なくとも一部を省略することが可能になり、ひいては、製品Ｗ２の製造コストの低減を実現することができる。

【0084】

３－４．第二実施例の変形例
上述したように、第二実施例においては、貫通孔Ｍ２１を有する環状の素材Ｍ２の側部Ｍ２２に暫定外歯Ｍ２３を成形し、その後、最終形状である平歯Ｍ２４を成形する場合を例示した。これに代えて、被成形物として、図２１に示すように、軸部Ｍ３１及び大径部Ｍ３２を有する軸状の素材Ｍ３を採用することも可能である。この場合、鍛造成形装置１０を用いて、図２２に示すように、大径部Ｍ３２の外周面において、第二実施例の場合と同様に、回転軸に対して平行な一点鎖線により示す暫定外歯Ｍ３３を有する中間成形物Ｆｉを成形し、その後、中間成形物Ｆｉの暫定外歯Ｍ３３に対して絞り加工を施して最終形状である平歯Ｍ３４を有する最終成形物Ｆｆ即ち製品Ｗ３を成形することができる。

【0085】

具体的に、鍛造成形装置１０においては、図２３に示すように、第二実施例において説明したマンドレル１５を取り外したパンチ１６が軸状の素材Ｍ３の一端部を成形方向にて前方に向けて、即ち、第一成形ダイ２５に向けて押し込む。尚、変形例の鍛造成形装置１０においても、上述した第二実施例と同様に、成形ダイ２０、即ち、第一成形ダイ２５、スペーサ２７及び第二成形ダイ２６が取り付けられている。尚、スペーサ２７は、第一成形ダイ２５と第二成形ダイ２６とが素材Ｍ３の大径部Ｍ３２の軸線方向に沿った長さ以上離間するように配置される

【0086】

これにより、上述した第二実施例の場合と同様に、素材Ｍ３の大径部Ｍ３２の外周面には、第一鍛造成形工程において第一成形ダイ２５における成形空間２５２の成形部２５２Ａが暫定外歯Ｍ３３を成形する。そして、上述した第二実施例の場合と同様に、大径部Ｍ３１に暫定外歯Ｍ３３を有する中間成形物Ｆｉがスペーサ２７を通過した後、第二鍛造成形工程において第二成形ダイ２６における成形空間２６２の成形部２６２Ａが平歯Ｍ３４を有する最終成形物Ｆｆ即ち製品Ｗ３を成形する。つまり、変形例においても、上述した第二実施例と同様に、素材Ｍ３の大径部Ｍ３１の外周面に対して、第一鍛造成形工程において暫定外歯Ｍ３３を成形し、第二鍛造成形工程において暫定外歯Ｍ３３に対する絞り加工によって平歯Ｍ３４を成形することができる。従って、変形例においても、第二実施例と同様の効果が得られる。

【0087】

４．その他の変形例
上述した第二実施例においては、素材Ｍ２の側部Ｍ２２に回転軸に平行な平歯Ｍ２４を成形する場合を例示した。しかしながら、上述した第一実施例の場合のように、素材Ｍ２の側部Ｍ２２に回転軸に対してツルマキ線状（螺旋状）のはす歯を成形することも可能である。この場合、鍛造成形装置１０は、例えば、上述した第一成形ダイ２１と、上述した第二成形ダイ２２と、がスペーサ２７を介して直列に配置される。そして、この場合には、第一成形ダイ２１によって成形された暫定外歯の周方向における位相と、第二成形ダイ２２のガイド部２２１の案内部２２１Ａの周方向における位相と、を一致させるべく、例えば、第二成形ダイ２２が成形方向に対して自在回転可能に設けられる。これにより、第二成形ダイ２２は、ガイド部２２１まで到達した暫定外歯を有する中間成形物Ｆｉの位相に合わせて回転することにより、暫定外歯と案内部２２１Ａとが嵌合することができて、暫定外歯を成形空間２２２に案内することができる。従って、この場合には、素材Ｍ２の側部Ｍ２２にはす歯を冷間鍛造成形することができる。

【0088】

ここで、本発明の第一形態の鍛造成形装置は、素材に鍛造成形を施す成形ダイと、素材を成形方向にて前方に配置された成形ダイに向けて押し込むパンチと、を備え、成形ダイが、鍛造成形後の外形寸法よりも小さな外形寸法の素材に対し、鍛造成形に伴って素材に生じる材料流動のうち成形方向に直交する方向に沿った分流によって素材の外面を成形するものであり、素材から中間形状を有する中間成形物を成形する第一成形ダイと、中間成形物から中間形状の外形寸法よりも小さな外形寸法の最終形状を有する最終成形物を成形する第二成形ダイと、を含む。

【0089】

又、本発明の第二形態の鍛造成形装置は、上記第一形態の鍛造成形装置において、第一成形ダイが、素材に対して中間形状を成形する成形対象部分において成形方向に直交する方向に沿った素材の断面積に対する中間成形物の断面積の比を表す第一断面減少率が１０％から４０％となるように、素材に対して中間形状を成形し、第二成形ダイが、中間成形物に対して最終形状を成形する成形対象部分において成形方向に直交する方向に沿った中間成形物の断面積に対する最終成形物の断面積の比を表す第二断面減少率が１０％から４０％となるように、中間成形物に対して最終形状を成形する。

【0090】

又、本発明の第三形態の鍛造成形装置は、上記第二形態の鍛造成形装置において、第一断面減少率が、第二断面減少率よりも小さく設定される。

【0091】

又、本発明の第四形態の鍛造成形装置は、上記第一形態－上記第三形態の何れか一つの鍛造成形装置において、第一成形ダイが、最終成形物の外形寸法よりも大きな外形寸法を有するように素材に中間形状を成形し、第二成形ダイが、中間成形物の中間形状に対して絞り加工を施して最終形状を成形する。

【0092】

又、本発明の第五形態の鍛造成形装置は、上記第一形態－上記第四形態の何れか一つの鍛造成形装置において、第一成形ダイと第二成形ダイとが、成形方向に沿って直列に配置される。

【0093】

又、本発明の第六形態の鍛造成形装置は、上記第五形態の鍛造成形装置において、成形方向にて後方に第一成形ダイが配置され、成形方向にて前方に第二成形ダイが配置される。

【0094】

又、本発明の第七形態の鍛造成形装置は、上記第五形態又は第六形態の鍛造成形装置において、第一成形ダイと第二成形ダイとが、成形方向における中間成形物の大きさよりも長く離間するように配置される。

【0095】

又、本発明の第八形態の鍛造成形装置は、上記第一形態－上記第七形態の何れか一つの鍛造成形装置において、第一成形ダイが、パンチによって押し込まれる素材を案内するガイド部と、ガイド部によって案内された素材に鍛造成形を施す成形空間と、を有し、第二成形ダイが、パンチによって押し込まれる中間成形物を案内するガイド部と、ガイド部によって案内された中間成形物に鍛造成形を施す成形空間と、を有する。

【0096】

又、本発明の第九形態の鍛造成形装置は、上記第八形態の鍛造成形装置において、第二成形ダイのガイド部の内形寸法のうちの少なくとも一部が、第一成形ダイの成形空間に設定された内形寸法を有する。

【0097】

又、本発明の第十形態の鍛造成形装置は、上記第一形態－上記第九形態の何れか一つの鍛造成形装置において、中間成形物の中間形状及び最終成形物の最終形状が、歯車形状であり、歯車形状における周方向の歯幅に関して中間形状が最終形状よりも大きく、歯車形状における径方向の歯高に関して中間形状が最終形状よりも大きい。

【0098】

更に、本発明の鍛造成形方法は、上記第一形態－上記第十形態の何れか一つの鍛造成形装置を用いて素材に鍛造成形を施す鍛造成形方法であって、第一成形ダイを用いて素材に鍛造成形を施すことによって素材から中間成形物を成形する第一鍛造成形工程と、第二成形ダイを用いて中間成形物に鍛造成形を施すことによって中間成形物から最終成形物を成形する第二鍛造成形工程と、を備える。

【符号の説明】

【0099】

１０…鍛造成形装置、１１…パンチ、１２…駆動装置、１３…テーブル、１４…圧力板、１５…マンドレル、１６…パンチ、２０…成形ダイ、２１…第一成形ダイ、２１１…ガイド部、２１１Ａ…案内部、２１２…成形空間、２１２Ａ…成形部、２２…第二成形ダイ、２２１…ガイド部、２２１Ａ…案内部、２２２…成形空間、２２２Ａ…成形部、２３…スペーサ、２４…スペーサ、２５…第一成形ダイ、２５１…ガイド部、２５１Ａ…保持部、２５２…成形空間、２５２Ａ…成形部、２６…第二成形ダイ、２６１…ガイド部、２６１Ａ…案内部、２６２…成形空間、２６２Ａ…成形部、２７…スペーサ、Ｍ，Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３…素材、Ｆｉ…中間成形物、Ｆｆ…最終成形物、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３…製品、Ｐ…パンチ、Ｓ…成形ダイ、Ｓ１…第一成形ダイ、Ｓ２…第二成形ダイ、ＭＡ，ＭＢ…成形対象部分

【要約】

【課題】成形ダイの型寿命を延ばすことができる鍛造成形装置を提供すること。
【解決手段】鍛造成形装置Ｋは、素材Ｍに鍛造成形を施す成形ダイＳと、素材Ｍを成形方向にて前方に配置された成形ダイＳに向けて押し込むパンチＰと、を備え、成形ダイＳが、鍛造成形後の製品Ｗの外形寸法よりも小さな外形寸法の素材Ｍに対し、鍛造成形に伴って素材Ｍに生じる材料流動のうち成形方向に直交する方向に沿った分流によって素材Ｍの外面を成形するものであり、素材Ｍから中間形状を有する中間成形物を成形する第一成形ダイＳ１と、中間成形物から中間形状の外形寸法よりも小さな外形寸法の最終形状を有する最終成形物である製品Ｗを成形する第二成形ダイＳ２と、を含む。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】